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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 15.Problemas - Ex. 72

Um kmol de vapor d’água a 100 k P a   e   400 K é aquecido até 3000 K num processo isobárico e em regime permanente. Determine a composição final, admitindo que H 2 O ,   H 2 , H , O 2   e   O H estão presentes e em equilíbrio.

Passo 1

E aí bonit@s, tudo bom com vocês?

Se liguem só, para esse problema temos as seguintes reações

2 H 2 O ⇔ 2 H 2 + O 2   ( d e s l o c a :   - 2 a , + 2 a   e   a ,   r e s p e c t i v a m e n t e )

2 H 2 O   ⇔ H 2 + 2 O H   ( d e s l o c a :   - 2 b , + b , + 2 b ,   r e s p e c t i v a m e n t e )

H 2 ⇔ 2 H   d e s l o c a :   - c ,   + 2 c ,   r e s p e c t i v a m e n t e

No equilíbrio (para 3000 K ,   100 k P a ) temos

n H 2 O = 1 - 2 a - 2 b ,     n O 2 = a ,     n H = 2 c

n H 2 = 2 a + b - c ,     n O H = 2 b ,     n t o t = 1 + a + b + c

Passo 2

Com isso obtemos as seguintes equações para as constantes de equilíbrio

k 1 p p 0 = 2,062 ⋅ 10 - 3 1 = 2 a + b + c 1 - 2 a - 2 b 2 ⋅ a 1 + a + b + c

k 2 p p 0 = 2 , 893 ⋅ 10 - 3 1 = 2 b 1 - 2 a - 2 b 2 ⋅ 2 a + b - c 1 + a + b + c

k 3 p p 0 = 2 , 496 ⋅ 10 - 2 1 = 2 a 2 2 a + b - c ⋅ 1 + a + b + c

Resolvendo esse sistema nós encontramos

a = 0,0622 b = 0,0570 c = 0,0327

Dessa forma, temos a seguinte composição no equilíbrio

n H 2 O = 0,7616 ,     n O 2 = 0,0622 ,     n H = 0,0654

n H 2 = 0,1487 ,     n O H = 0,1140

y H 2 O = 0,6611 ,     y O 2 = 0,0540 ,     y H = 0,0568

y H 2 = 0,1291 ,     y O H = 0,099

Pronto, está resolvido nosso exercício.

Resposta

n H 2 O = 0,7616 ,     n O 2 = 0,0622 ,     n H = 0,0654

n H 2 = 0,1487 ,     n O H = 0,1140

y H 2 O = 0,6611 ,     y O 2 = 0,0540 ,     y H = 0,0568

y H 2 = 0,1291 ,     y O H = 0,099

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